ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Сварка алюминия и его сплавов

Особенности сварки алюминиевых сплавов состоят в следую­щем:

На поверхности алюминиевых сплавов постоянно находится окисная пленка (Al2O3j толщиной около 30 ангстрем. Плотность плен­ки значительно выше плотности расплавленного алюминия (3,85...4 г/см3 и 2,28.2,29 г/мм3 соответственно). Температура плавления окисной пленки так же выше чем у алюминия (2046.2050оС и 650.670°С соответственно). В силу высокого сродства алюминия к кислороду, скорость образования окисной пленки очень высока и ее полное удаление перед сваркой невозможно. При нагреве алюминия толщина пленки возрастает в 30.40 раз. При сварке более тяжелая и тугоплавкая окисная пленка не растворяется в расплавленном металле и препятствует образованию общей сварочной ванны и кристаллиза­ции металла (образуются непровары и несплавления). Пленка также может остаться в виде включений в жидком металле и вызвать обра­зование пор в сварном соединении. Для нормального ведения сварки и для получения качественного сварного соединения удаление окисной пленки является весьма важным.

Для удаления пленки используют активирующие флюсы (смесь хлористых и фтористых солей щелочно-земельных металлов: NaCl, KCl, BaCl2, CaF2, LiF). Флюс должен химически связывать или растворить пленку, путем образования летучих галогенидных со-

единений и легкоплавких шлаковых эвтектик. Флюс наносят в виде суспензии (раствора мелкодисперсного порошка флюса в этиловом спирте или воде) на свариваемые кромки слоем толщиной 0,1 мм и после сушки производят сварку. Использование флюсов улучшает стабильность горения дуги, стабильность формирования шва, ка­пельный переход присадочного металла за счет сильного снижения поверхностного натяжения капель. Состав флюсов для аргонодуго­вой сварки приведен в табл. 10.1.

Но даже самая тщательная обработка не приводит к полному удалению окисной пленки, поэтому сварку алюминия производят на переменном токе, используя способ катодного распыления и разру-

шения пленки

быстрому отводу тепла от места нагрева и нестабильности горения

219

дуги. Поэтому для создания необходимой температуры и образования нормальной сварочной ванны требуются мощные источники тепла, а иногда и предварительный подогрев места сварки.

Сложные алюминиевые отливки характеризуются относительно большой разностенностью. Остывание неодинаковых по толщине сте­нок идет с различной скоростью, в результате чего возникает короб­ление детали, возможно также образование новых трещин.

Алюминиевые сплавы в расплавленном состоянии активно рас­творяют водород, который при быстром охлаждении не успевает по­кинуть сварочную ванну и скапливается в сварном шве в виде газо­вых полостей круглой формы - пор. Для уменьшения образования пор производят тщательную подготовку свариваемых деталей, элек­тродов и проволоки перед сваркой (подогрев до 100.250°С).

Обработка свариваемых деталей и проволоки включает травление в щелочном растворе, последующую промывку в теплой и холодной воде и осветление в растворе азотной кислоты.

Важной мерой против образования пор при сварке является обеспечение эффективной газовой защиты. Детали малой толщины следует сваривать на жестких режимах, обеспечивая максимальную скорость охлаждения сварочной ванны. Детали повышенной тол­щины необходимо сваривать на мягких режимах, обеспечивая ми­нимальную скорость охлаждения сварочной ванны.

Сборку деталей производят без прихваток в сборочном при­способлении. Если невозможно надежно зафиксировать детали в приспособлении, то накладывают минимальное количество при­хваток с малым сечением, которые располагают с торца деталей.

Коэффициент линейного расширения алюминия в два, а тепло­проводность в три раза больше, чем у стали. Это способствует появ­лению значительных внутренних напряжений, которые приводят к деформациям в свариваемых деталях. Для уменьшения внутренних напряжений целесообразно перед сваркой детали подогревать до тем­пературы 250. 300°С, а после сварки медленно охлаждать.

При нагреве до 400.450°С происходит снижение прочности и повышение пластичности алюминиевых сплавов. Для предотвраще­ния провала сварочной ванны и корневого шва в ряде случаев нужно применять графитовые и стальные подкладки.

Алюминиевые сплавы при нагреве обладают скрытой теплотой плавления, и переход металла из твердого состояния в жидкое трудно заметить. Даже в жидком виде алюминий не меняет своего цвета, ос­таваясь серебристо-белым, что затрудняет визуальное определение расплавления металла. При недостаточном опыте сварщик может не уловить начало расплавления алюминия, результатом чего явится проваливание стенки детали под собственной тяжестью металла.

Наиболее трудно свариваются алюминиевые сплавы системы Al-Cu-Mg. При нагреве 500оС и выше происходит оплавление границ зерен с образование эвтектических выделений. Эвтектика после за­твердевания имеет пониженную прочность (охрупчивание зоны тер­мического влияния, которое не восстанавливается термической обра­боткой). При сварке алюминиевые сплавы системы Al-Zn-Mg в по - слесварочный период возможно выпадение хрупких интерметалло­идов, что приводит появлению холодных трещин.

Чистый алюминий хорошо сваривается холодной сваркой. При сварке алюминиевых сплавов наиболее часто применяют сварку в ат­мосфере защитных газов неплавящимся (суммарная толщина свари­ваемого металла не более 10 мм) или плавящимся (суммарная толщи­на - более 10 мм) электродом. При автоматической сварке плавящим­ся электродом полуоткрытой дугой по слою флюса используют мед­ные или стальные подкладки.

Алюминий и его сплавы хорошо свариваются плавящимся элек­тродом на постоянном токе обратной полярности. Металл малой тол-

щины сваривают в аргоне, большой толщины - в смеси аргона и гелия. Сила тока зависит от толщины металла.

Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов приведены в табл. 10.2 и 10.3.

Таблица 10.2.

Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки вольфрамовым _______ электродом_______ стыковых соединений._